2. INTRODUCCION
Es importante conocer en profundidad la gran importancia que
poseen las protecciones eléctricas para mantener la continuidad
de servicio de los Sistemas de Energía Eléctrica requerida para su
funcionamiento.
El desarrollo de las protecciones eléctricas es una consecuencia
directa del desarrollo de la electrotecnia. Así, su diseño y
aplicación se ha debido a la necesidad de proteger los equipos e
instalaciones, cada vez mas sofisticados y caros, que se han ido
desarrollando.
El primer dispositivo que se empleo para aislar un circuito en
forma rápida fue el fusible. Los fusibles son dispositivos muy
efectivos y aun se usan ampliamente en la industria, en sistemas
de distribución de media y baja tensión. Tienen la desventaja de
que deben ser reemplazados para restablecer el servicio.
3. Este inconveniente fue superado con la creación del interruptor
automático, el cual posee un
dispositivo para la apertura por sobrecarga o por bajo voltaje.
Esta técnica evoluciono rápidamente, siendo necesario
desentenderse de la función selectiva impuesta por estos,
separándola y encomendando esta misión a los relés de
protección, los que comandan sus desconexiones
automáticamente.
5. INTRODUCCION:
Durante su funcionamiento, toda instalación
eléctrica puede presentar dos estados operativos :
ESTADO DE OPERACIÓN NORMAL.
ESTADO DE OPERACIÓN ANORMAL.
CARACTERISTICAS DE
OPERACION
6. ESTADO DE OPERACIÓN NORMAL.
Es el estado de funcionamiento de una instalación en el cual todos los parámetros del circuito
(voltaje, consumo, corriente, frecuencia, temperatura delos conductores, etc....) se encuentran
dentro de los márgenes previstos.
ESTADO DE OPERACIÓN ANORMAL.
Cuando uno o mas parámetros de la instalación eléctrica exceden las condiciones previstas,
decimos que el circuito esta operando anormalmente. Ocurren situaciones como el sobreconsumo,
el aumento de temperatura en los conductores, variaciones de voltaje, cortocircuitos, etc...
Según la gravedad que presentan se clasifican en:
CARACTERISTICAS DE
OPERACION
7. PERTURBACIONES
Corresponden a las anormalidades de breve duración que no constituyen riesgo para la operación de
una instalación eléctrica. Por ejemplo, son perturbaciones de este tipo las variaciones momentáneas de
voltaje o frecuencia, o las sobrecargas de corriente de corta duración , que si bien pueden tener efecto
pasajero en la instalación y los artefactos conectados a ella, luego de pasada la perturbación todo vuelve
a la normalidad.
FALLAS
Estas son anormalidades en las cuales se pone en peligro la integridad de la instalación eléctrica, de los
bienes materiales y la vida de las personas. Debido a la gravedad extrema de la situación anormal , el
sistema eléctrico no puede continuar operando. Los tipos de fallas mas comunes son las sobrecargas
permanentes, los cortocircuitos, las fallas de aislación, el corte de conductores, etc...
CARACTERISTICAS DE
OPERACION
8. TIPOS DE FALLAS
Las fallas, según su naturaleza y gravedad, se
clasifican en :
SOBRECARGA
CORTO CIRCUITO
FALLAS DE AISLACIÓN
9. TIPOS DE FALLAS
SOBRECARGA
Las sobrecargas mas comunes se
originan en el exceso de consumos en la
instalación eléctrica.
Debido a esta situación de
sobreexigencia, se produce un calentamiento
excesivo de los conductores eléctricos, lo
que puede conducir a la destrucción de su
aislación, provocando incluso su inflamación,
con el consiguiente riesgo para las personas
y la propiedad.
10. TIPOS DE FALLAS
CORTO CIRCUITO
Es la falla de mayor gravedad para una instalación
eléctrica. En los cortocircuitos el nivel de corriente
alcanza valores tan altos, que los conductores
eléctricos se funden en los puntos de falla,
produciendo calor, chispas e incluso flamas
generando un alto riesgo de incendio del
inmueble.
Los cortocircuitos se originan por la unión fortuita
de dos líneas eléctricas que han perdido su
aislación, entre las cuales existe una diferencia de
potencial ( fase neutro ,220 v )
11. TIPOS DE FALLAS
FALLAS DE AISLACIÓN
Las fallas de aislación no siempre dan origen
a un cortocircuito. En muchos casos una falla de
aislación en algún equipo eléctrico, provoca que la
carcaza metálica de dicho equipo se energice, con el
consiguiente peligro para la vida de las personas al
sufrir un shock eléctrico.
El origen de las fallas de aislación esta en el
envejecimiento de las aislaciones, los cortes de
algún conductor, uniones mal aisladas, mala
ejecución de las reparaciones, uso de artefactos en
mal estado, etc.
12. PROTECCIONES CONTRA
SOBRECARGAS Y CORTOCIRCUITOS
Toda instalación eléctrica debe ser provista de Protecciones; cuyo objetivo es Reducir al
máximo los efectos producidos por una Falla ( Sobrecargas, Cortocircuitos, ó Pérdidas
de Aislación ). Las Protecciones de mayor aplicación:
Los Fusibles.
Los Disyuntores magneto-térmicos.
Los Diferenciales.
13. PROTECCIONES CONTRA
SOBRECARGAS Y CORTOCIRCUITOS
Los Fusibles.
Los fusibles son dispositivos de protección de las
instalaciones o sus componentes, diseñados para interrumpir la
corriente por la fusión de uno de sus elementos integrantes,
Los fusibles están compuestos por un hilo conductor de bajo
punto de fusión, el que se sustenta entre dos cuerpos
conductores, en el interior de un envase cerámico o de vidrio, que
le da su forma característica al fusible.
Este hilo conductor permite el paso de corriente por el circuito
mientras los valores de esta se mantengan entre los limites
aceptables. Si estos limites son excedidos, el hilo se funde,
despejando la falla y protegiendo así la instalación de los efectos
negativos de este exceso. Hilo
fusible
Cuerpo
Cerámico
14. CURVA CARACTERÍSTICA DE LOS
FUSIBLES
zona 1
zona 2
zona 3
Tiempo
(s) CURVA DE UN FUSIBLE gL.
Intensidad (A)
I min.
zona 1 : Normal
zona 2 : Sobrecarga
zona 3 : Cortocircuito
I F
15. VALORES CARACTERÍSTICOS DE
LOS FUSIBLES
INTENSIDAD MÍNIMA ( I min. op): Corriente mínima de
operación que origina la fusión del hilo fusible ; p.ej. Fusible
tipo g (1,6 a 2 veces el calibre nominal del
fusible).
TIEMPO DE OPERACIÓN ( t op.): Tiempo en que el hilo fusible
demora en fundirse.
INTENSIDAD NOMINAL ( I n ): Corriente nominal del protector
fusible.
16. g L
g R
g B
a M
a R
CLASE DE FUNCIONAMIENTO CLASE SERVICIO
CORRIENTE
PERMANENTE
CORRIENTE DE
INTERRUPCIÓN
DENOMI-
NACION
PROTECCIÓN
DE
CABLES Y CONDUCTORES
SEMICONDUCTORES
EQUIPOS DE MINAS
APARATOS DE MANIOBRA
SEMICONDUCTORES de
Potencia
I n < I min. op
I n < 4 I n op
g
a
CLASIFICACIÓN DE LOS FUSIBLES
SEGÚN SU FUNCIONAMIENTO
DENOMINACION
17. ESFUERZOS TÉRMICOS DE PRE-
ARCO Y DE ARCO
Un fusible despeja un corto circuito en
dos tiempos : el pre-arco y luego el
arco.
El esfuerzo térmico de pre-arco
corresponde a la energía mínima
necesaria para que el elemento del
fusible llegue a su punto de fusión.
Es importante conocer este esfuerzo
térmico de arco corresponde a la
energía limitada entre el fin del pre-
arco y la interrupción total .
Fig.1: Los esfuerzos térmicos de pre-
arco y de arco están ligados a la forma
de estas curvas.
18. CARACTERISTICAS DE
OPERACIÓN DE LOS FUSIBLES
Alta seguridad de protección.
Pérdidas reducidas (calentamiento).
Bajo costo de mantención y reposición.
Gran capacidad de ruptura ( corriente máxima
que la protección puede despejar en un
cortocircuito).
19. EL DISYUNTOR
MAGNETO-TÉRMICO.
Los disyuntores magneto-térmicos,
conocidos comúnmente como interruptores
automáticos, se caracterizan por:
Desconectar o conectar un circuito eléctrico
en condiciones normales de operación.
Desconectar un circuito eléctrico en
condiciones de falla, sobrecargas ó corto
circuitos.
20. EL DISYUNTOR
MAGNETO-TÉRMICO.
Poseer un elevado numero de maniobras, lo que le permite ser
utilizado nuevamente después del “despeje” de una falla, a
diferencia del fusible, que solo sirve una vez.
El disyuntor magneto-térmico es un interruptor que desconecta el
circuito, a través del accionamiento de dos unidades :
T É R M I C A
M A G N E T I C A
22. EL ELEMENTO TÉRMICO
El Bimetal, está formado por dos metales de distinto
coeficiente de dilatación lineal.
La curvatura que se origina con el calentamiento del bimetal es
equivalente al calentamiento de los conductores del circuito.
Cuando la corriente supera el valor permitido, la curvatura llega
a un punto extremo, que hace actuar un mecanismo de
desenganche, originando la operación de la protección.
La protección térmica al actuar frente a sobre cargas, no es
instantánea, sino que de tiempo retardado.
25. EL ELEMENTO MAGNÉTICO
Esta parte de la protección esta formada por una
bobina , con gran cantidad de vueltas alrededor de un
núcleo magnético
Al ser recorrido por una corriente eléctrica genera una
acción magnética .
Esta bobina esta conectada en serie con el circuito
que se va a proteger .
26. EL ELEMENTO MAGNÉTICO
Cuando la corriente alcanza un valor muy grande
(tres ó mas veces la corriente nominal del protector )
el magnetismo generado atrae un contacto móvil que
activa la desconexión del interruptor .
Esto ocurre en un lapso de tiempo prácticamente
instantáneo (Curva de operación).
31. DIMENSIONAMIENTO DE LA
PROTECCIÓN TÉRMICO-MAGNÉTICA
En circuitos eléctricos, lo usual es utilizar
disyuntores con una sensibilidad del dispositivo
magnético , adecuado a los requerimientos
operativos, del tipo de consumo al que se le dará
protección ; es así :
32. DIMENSIONAMIENTO DE LA
PROTECCIÓN TÉRMICO -MAGNÉTICA
En circuitos eléctricos de alumbrado lo usual es
utilizar disyuntores de gran sensibilidad en la
operación del dispositivo magnético :
TIPO B
En circuitos eléctricos de fuerza lo usual es
utilizar disyuntores de baja sensibilidad, para la
operación del dispositivo magnético :
TIPO D
34. Interruptores automáticos
El interruptor automático es un dispositivo de protección contra
sobrecargas y cortocircuitos que tiene la capacidad de actuar cuando
detecta la falla sin dañarse, lo cual permite su restablecimiento una
vez que se resolvió el inconveniente (a diferencia de los fusibles).
Pueden dividirse en dos grandes grupos: aquellos que están
descriptos en la norma IEC 60898 o IRAM 2169, denominados
“Pequeños Interruptores Automáticos” o PIAs y los que se describen
en la IEC 60947-2, denominados simplemente “Interruptores
Automáticos” o IAs.
39. SELECTIVIDAD DE COORDINACIÓN
DE PROTECCIONES
Salvo en instalaciones muy elementales, siempre
hay dos o mas protecciones conectadas en serie
entre el punto de alimentación y los posibles
puntos de fallas.
Para delimitar la falla a la menor área posible, las
protecciones deben actuar en forma escalonada
; de la falla a la fuente.
40. SELECTIVIDAD DE COORDINACIÓN
DE PROTECCIONES
Las protecciones deberán entonces elegirse y
regularse, de acuerdo a sus curvas de
características, de modo que operen frente a
cualquier eventualidad en la forma descrita.
41. SOBRECARGAS:
Utilizar las curvas de zonas de funcionamiento de
los diferentes aparatos de protección. Sobre un
mismo ábaco, las zonas de funcionamiento no
deben cortarse.
CORTOCIRCUITOS:
Verificar los puntos de operación, a efecto de no
tener el “tripeo” de dos o mas protectores en
cascada (Umbral parcial).
SELECTIVIDAD DE COORDINACIÓN
DE PROTECCIONES
42. COORDINACION ENTRE
FUSIBLES
TIEMPO DE PASO:
En protecciones fusibles en cascada, se recomienda
trabajar en función del tiempo de paso que asegure:
Al fusible aguas arriba presentar un tiempo de pre-
arco, superior al tiempo total de despeje de la
protección aguas abajo.
Se recomienda un dimensionamiento de la protección
de respaldo: 1.8 a 2.5 veces el calibre nominal de la
protección inferior.
44. SELECTIVIDAD DE DISYUNTORES
En el caso mostrado de disyuntores:
Las curvas de operación, deben estar en la
posición relativa mostrada para que estos sean
selectivos.
A partir del punto U, se establece el umbral de
selectividad , de las unidades magnéticas.
46. SELECTIVIDAD DE FUSIBLE Y
DISYUNTOR
El esfuerzo térmico de pre-arco de un fusible puede
ser considerado como una constante , pero el
esfuerzo térmico total de ruptura de un disyuntor
esta ligado a la corriente de falla .
La selectividad será por consiguiente asegurada
hasta un valor de corriente llamado umbral de
selectividad (punto P en la figura ).
47. SELECTIVIDAD DE FUSIBLE Y
DISYUNTOR
En la condición propuesta , el disyuntor esta mas
próximo al consumo , de modo que debe operar
primero ; esto se logra seleccionando un disyuntor y
un fusible que tenga curvas de operación similares a la
mostrada en la figura.
Hay selectividad siempre que el esfuerzo térmico de
pre-arco del fusible sea superior al esfuerzo térmico
total de ruptura del disyuntor .
49. Un interruptor diferencial (ID), también conocido
como RCD, RCCB o dispositivo diferencial residual (DDR), es
un dispositivo electromagnético que se coloca en las instalaciones
eléctricas de corriente alterna con el fin de proteger a las personas
de accidentes provocados por el contacto con partes activas de la
instalación (contacto directo) o con elementos sometidos a
potencial debido, por ejemplo, a una derivación por falta de
aislamiento de partes activas de la instalación (contacto indirecto).
También protegen contra los incendios que se pudieran provocar
por mal funcionamiento de la instalación .
INTERRUPTOR DIFERENCIAL
50. Es un dispositivo de protección muy importante en
toda instalación, tanto doméstica como industrial, que
actúa conjuntamente con la puesta a tierra de enchufes
y masas metálicas de todo aparato eléctrico. De esta
forma, el ID desconectará el circuito en cuanto exista
una derivación o defecto a tierra mayor que su
sensibilidad. Si no existe la conexión a tierra y se
produce un contacto de un cable o elemento activo a
la carcasa de una máquina, por ejemplo, el ID no se
percatará hasta que una persona no aislada de tierra
toque esta masa; entonces la corriente recorrerá su
cuerpo hacia tierra provocando un defecto a tierra y
superando ésta la sensibilidad del ID, que disparará el
corte de la corriente, protegiendo a la persona y
evitando así su electrocución.
54. Aunque existen interruptores para distintas intensidades de actuación, en Chile el
Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (norma Ch 4-2003, 9.2.7.3), exige que en
las instalaciones domésticas se coloquen interruptores diferenciales de alta
sensibilidad (IΔn) con una corriente de fuga menor o igual a 30 mA y un tiempo de
respuesta de 50 ms, lo cual garantiza una protección adecuada para las personas.
La norma UNE 21302 describe las características del interruptor diferencial.
Hay diferenciales con valores superiores, aunque el umbral de disparo en todos los
casos es de entre 0,5 y 1 milésimas de la intensidad nominal. Por ejemplo, para el
diferencial de 30 A sería correcto que disparase entre 15 y 30 mA.
Las características que definen un interruptor diferencial son el amperaje, número de
polos y sensibilidad. Por ejemplo: Interruptor diferencial 16A-IV-30mA.
56. TRANSFORMADOR DE AISLACION
• Los transformadores de aislación permiten que, al ocurrir una falla
en la alimentación eléctrica, no se transmita al aparato electrónico y
que su enrollado primario (el que recibe la energía) esté aislado
eléctricamente, además en el interior de estos transformadores va
instalado una pantalla metálica electrostática conectada a tierra
entre el enrollado primario y el enrollado secundario que alimenta
directamente a la carga como protección entre estos circuitos.
Las componentes de alta frecuencia de las señales eléctricas,
generan ruidos indeseados que perjudican el funcionamiento de
componentes electrónicos, computadores, sensores de medición,
etc. El uso de transformadores de aislación atenúa drásticamente
estos ruidos eléctricos, y ofrece además la posibilidad de contar con
una tierra independiente para las cargas sensibles a estas
distorsiones.
59. En una instalación podrá existir una puesta a tierra de
servicio y una puesta a tierra de protección.
Se entenderá por tierra de servicio la puesta a tierra de
un punto de la alimentación, en particular el neutro del
empalme en caso de instalaciones conectadas en BT o el
neutro del transformador que alimente la instalación en
caso de empalmes en media o alta tensión, alimentados
con transformadores monofásicos o trifásicos con su
secundario conectado en estrella.
Se entenderá por tierra de protección a la puesta a tierra
de toda pieza conductora que no forma parte del circuito
activo, pero que en condiciones de falla puede quedar
energizada.
PUESTA A TIERRA
60. En sistemas TT, el neutro y las piezas conductoras expuestas
están conectados a electrodos de tierra eléctricamente
independientes (Figura 1); por lo tanto, la corriente de
defecto a tierra vuelve al nudo de alimentación a través
del suelo
PUESTAA TIERRA
61. En sistemas TN, el neutro está conectado a tierra
directamente, mientras que las piezas conductoras
expuestas están conectadas a la misma conexión a
tierra del neutro.
Los sistemas eléctricos TN pueden dividirse en tres
tipos dependiendo de si el neutro y los conductores
deprotección están separados o no:
PUESTAA TIERRA
62. 1.TN-S: el conductor neutro N y el conductor de protección
PE están separados
PUESTAA TIERRA
63. 2.TN-C: el conductor de protección y neutro están
combinadas en un único conductor, llamado PEN
PUESTAA TIERRA
64. 3.TN-C-S: el conductor de protección y el neutro están
combinados parcialmente en un único conductor PEN
y separados parcialmente PE + N
PUESTAA TIERRA
69. Los peligros físicos debidos al contacto con una pieza en tensión son
provocados por el paso de corriente a través del organismo.
Estos efectos son:
Efectos de la corriente sobre el organismo
- tetanización: los músculos afectados por el paso de la corriente
se contraen involuntariamente, y es difícil soltar las piezas
conductoras que se han agarrado. Nota: normalmente, las corrientes
muy elevadas no inducen tetanización porque, cuando el organismo
entra en contacto con ellas, la contracción muscular es tan
sostenida quelos movimientos musculares involuntarios suelen
alejar a la persona de la pieza conductora.
70. paro respiratorio: si la corriente circula a través de
los músculos que controlan el sistema respiratorio,
la contracción involuntaria de estos músculos altera
el proceso respiratorio normal, y es posible que la
persona muera debido a asfixia o que sufra las
consecuencias de traumatismos provocados por la
asfixia
EFECTOS DE LA CORRIENTE SOBRE EL ORGANISMO
75. Tetanización muscular
Con este concepto se expresa la anulación de la capacidad de
accionamiento voluntario de los músculos. Los músculos se agarrotan
y el sujeto queda pegado al punto de con- tacto, sin poder soltarse.
Paro respiratorio
Es producido cuando la corriente circula desde la cabeza a algún
miembro, atravesando el centro nervioso respira- torio. La
paralización puede prolongarse después del accidente, de aquí la
necesidad de una práctica continua de la respiración artificial
durante varias horas.
76. Asfixia
Se presenta cuando la corriente atraviesa el tórax. Impide la
contracción de los músculos de los pulmones y por tanto la
respiración.
Fibrilación ventricular
Si desgraciadamente la corriente atraviesa el corazón, se
produce la llamada fibrilación ventricular que es una
desestabilización del ritmo cardíaco normal. La fibrilación es
un movimiento rapidísimo del corazón, una especie de
vibración completamente inútil. En este estado, el corazón no
bombea sangre, con el consiguiente riesgo de muerte.
77. Quemaduras
Son producidas por la energía liberada al paso de la intensidad
(Efecto Joule). La gravedad de la lesión es función, en igualdad de
condiciones técnicas, del órgano o parte del cuerpo afectada.
